JP5171043B2

JP5171043B2 - 押出成形機

Info

Publication number: JP5171043B2
Application number: JP2007001785A
Authority: JP
Inventors: 健太郎足立
Original assignee: Catalysts and Chemicals Industries Co Ltd
Current assignee: JGC Catalysts and Chemicals Ltd
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: JP2008168464A

Description

本発明は押出成形機に関し、特に、セラミックスハニカム成形体を高い寸法精度で押出成形することのできる押出成形機の構造に関するものである。

従来、セラミツクス等を押出成形する場合、セラミツクス微粉末、バインダー、成形助剤、水などを所定の比率で調整し、混練した可塑性材料（以下、「坏土」または「捏和物」ということもある。）を押出成形機によって押出成形用金型から押し出すことによって行なわれ、押出成形機としては、坏土をスクリュ−を用いて連続的に押出成形するオーガー式押出成形機が周知である。
押出成形では、粘性を有する坏土に対してスクリューによる残留応力が発現したり、変形応力が加えられることにより、セラミツクス成形体に微小な歪や亀裂あるいは僅かなねじれ等が生じることがあった。

また、セラミツクス成形体の亀裂のなかには、ラミネーションクラックと呼ばれる成形体中心部の割れ現象が知られている（Eds.G et al著「Ceramics processing before firing, 29章 Extrusion defects」，1978年発行）。可塑性材料は金属抵抗が強く、その界面を移動し易くするために小さい粒子が集まる結果、押出成形機のスクリュー接触部とバレル（胴）接触部には、可塑性材料中の微粒成分が集まり易い。成形体において、外周部は分散して存在するので問題にならないが、中心部は一箇所に集中するため、その他の箇所と性質が明らかに異なり、ラミネーションクラックの原因となる。
さらに、セラミツクスハニカム触媒等の成形体であれば、肉薄の微細な断面形状になればなるほど、押出成形時の僅かな応力の残留によって完全な寸法精度を維持することが困難となるばかりか乾燥時に歪や反り等の変形が発生するという課題が残されている。

前記課題を解決する為に、本発明者は先に特開２００６−１０３０７２号公報（特許文献１）において、中央部から壁部へ、また、壁部から中央部の流れを作る直管群を設けて、前記した微粒成分を分散させることのできる筒状整流部の構造を開発した。該筒状整流部を有する押出成形機によれば、排ガス処理用触媒のように大きな形状の触媒を押出成形する場合においても、ハニカム全体としてはクラック（ひび割れ）の発生が殆どない成形体を得ることができるものである。
しかしながら、前記筒状整流部の直管群にあっては、隣り合う直管同士との間に上流側から下流側にかけて谷部が形成されており、この谷部に微粒成分が集まり易く、ハニカム成形体を製造する場合、谷部に対応する部分に肉厚部やクラックが発生することのあることが確認された。
特開２００６−１０３０７２号公報

本発明の目的は、押し出された可塑性材料の回転履歴や層状構造を圧力負荷が小さい状態で解消して、曲りや反り、内部欠陥の少ない成形物を得ることのできることに加えて、特に、形状の大きなセラミックスハニカム成形体を押出成形しても成形体のあらゆる部分にクラックの発生がなく、強度の強いハニカム成形体を得ることができる押出成形機を提供することにある。

本発明は、供給用スクリューと成形ダイスの間に可塑性材料の流れを整えるための筒状整流部を有し、該整流部内に入口と出口を結ぶ直管群を備えて可塑性材料の流れを分割し、整流部入口において該直管群の入口端を整流部の内壁に接触させて分散配置し、かつ、整流部出口において該直管群の出口端を整流部の中心部に集合配置することにより、整流部入口において周縁部に流入する可塑性材料を整流部出口において中心部に変更し、一方、整流部入口において中心部に流入する可塑性材料を整流部出口において周縁部に変更する押出成形機において、隣接する直管同士の壁によって形成される谷部に、前記可塑性材料の流れを乱流とする拡散部材を設けたことを特徴とするものである。

前記拡散部材は、段付きの棒状部材からなることが好ましい。
前記拡散部材は、複数の棒状部材が放射状に突出した海星状部材からなることが好ましい。
前記直管群は、４〜１６本のいずれか複数本の直管群により前記整流部内に軸対象に形成されてなることが好ましい。

本発明の押出成形機によれば、筒状整流部の直管群に形成される谷部に「拡散部材」を設けることにより、可塑性材料の流れに乱流を起こして谷部の微粒成分を分散させ、均一な押出成形体を得ることができる。この結果、押出成形体の谷部に対応する部分においても、肉厚部やクラックの形成を防止することができる。
また、本発明の押出成形機によれば、整流部近辺の内圧を低く設定して押出成形することができ、捏和物への圧力負荷が軽減されるので、特に圧力負荷に対し離水して固化し易い可塑性材料の押出成形に有効である。即ち、押し出された捏和物の回転履歴や層状構造を、圧力負荷が小さい状態で解消することができ、この結果、成形物の曲りや反り、内部欠陥を防止することができるものである。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明に係る押出成形機１０の要部縦断側面図であり、可塑性材料は図面左方に位置する供給用スクリュー１１が設けられた供給部１２から、筒状の整流部２０を経由して、成形ダイス１３が設置された押出部１４へと流れるようになっている。供給部１２、整流部２０、押出部１４はフランジ接続されている。

本発明において可塑性材料の流れを整えるための整流部２０には、図１において複数本の矢印を以て示すように、整流部入口（ａ−ａ）と整流部出口（ｂ−ｂ）を結ぶ複数の直管２２、２２を形成して可塑性材料の流れを分割する。即ち、整流部入口（ａ−ａ）において中心部に流入した可塑性材料は、整流部出口（ｂ−ｂ）において整流部２０の周縁部に流出させる。一方、整流部入口（ａ−ａ）において周縁部に流入した可塑性材料を整流部出口（ｂ−ｂ）において整流部２０の中心部に流出させる。

前記直管２２群は、例えば４本の直管２２、２２、２２、２２により形成し、整流部入口（ａ−ａ）では直管２２の入口端２２ａを整流部２０の内壁に接触させて分散配置し、整流部出口（ｂ−ｂ）では直管２２の出口端２２ｂを整流部２０の中心部に集合配置する。本実施形態によれば、整流部入口（ａ−ａ）において周縁部に供給された可塑性材料の一部は、直管群を流れて整流部出口（ｂ−ｂ）では整流部２０の中心部に集められる。一方、整流部入口（ａ−ａ）において中心部に供給された可塑性材料は、直管群の外周を迂回して整流部出口（ｂ−ｂ）では整流部２０の周縁部に分散する。直管群は整流部入口（ａ−ａ）から整流部出口（ｂ−ｂ）にかけて軸心部に絞られているので、中心部に供給された可塑性材料も周縁部に向けて流れ易くなっている。

供給部１２から整流部２０に導入される可塑性材料は、それ自身が流通してきた部分の履歴を有している。即ち、可塑性材料が押出成形機１０の供給部１２から整流部２０に入る際には、整流部２０の中心部（即ち、スクリュー接触部）と最外周縁部（即ち、バレル接触部）には可塑性材料中の小さい粒子が集まり易く、それ以外の部分（即ち、中心部と最外周縁部の中間層）には大きい粒子が集まり易い。本発明の押出成形機１０によれば、整流部２０において可塑性材料を均質にすることができ、特にラミネーションクラックの原因となる中心部の微粒成分を分散することができる。また、この結果、可塑性材料の履歴を無くすことができる。

直管２２の長さ、径、傾きは、使用する可塑性材料の性質を考慮して設計するが、特に、直管内部を流れる可塑性材料とそれ以外の部分を流れる可塑性材料の流れ速度が同じとなるようにすることが好ましい。また、直管の厚さは実用上強度的に問題のない程度まで薄くすること望ましい。
直管２２の本数は、整流部２０に導入される可塑性材料中心部の微粒成分の分散性および押出方向垂直面の均質性の点から出来る限り多い方が好ましいが、整流部の製造にかかるコストや技術的な点および可塑性材料への負荷低減の点において４〜１６本、特に、４本、８本、または１６本として、筒状整流部２０内に軸対象となるように配置することが好ましい。

図２に示す整流部２０の実施形態では、整流部入口（ａ−ａ）にフランジ２３を設けた整流カセットとして、円筒形の整流部２０における交換・脱着を容易にしたものである。この整流カセットでは、正面図（図２（１））と背面図（図２（２））に示すように、入口周縁部から出口中心部に可塑性材料の流れを変更するための直管２２が、軸対象に４本配置されている。
直管２２の断面は略ホームベース形状とし、直管２２、２２同士の間隙２５は、可塑性材料の流れを入口中心部から出口周縁部に変更すると共に、整流部入口（ａ−ａ）の周縁部に流入した可塑性材料の一部は、間隙２５をほぼ直線的に流れて整流部出口（ｂ−ｂ）の周縁部に排出されるようになっている。

前記の直管群において、隣接する直管２２、２２同士の壁により、上流側から下流側にかけて谷部２４が形成されるが、谷部２４には可塑性材料中の微粒成分が集まり易い。
本発明では、谷部２４に前記可塑性材料の流れを乱流とする拡散部材を設けたものである。

図３は拡散部材３０を斜め上方から見た斜視図であり、複数の棒状部材３２、３２、３２、３２が放射状に突出した海星状の部材からなっている。棒状部材３２の数は谷部２４の数と同数であり、棒状部材３２を海星状に纏めたのは、谷部２４への取着と固定が容易となるからである。
棒状部材３２には、所定の間隔で段３３が形成されており、この段３３に可塑性材料が接触することにより、一層、谷部での乱流が促進され、微粒成分を拡散させることができる。
段の高さは、成形する可塑性材料や、成形機の大きさにより異なるが、一般には１〜３ｍｍの範囲が好ましい。１ｍｍ未満では前記効果が得られ難く、他方、３ｍｍを超えると可塑性材料の流れが悪くなる。

段付きの棒状部材３２は、樽形、球形、円錐形、角錐形等、種々の形の部材を直線的に連結した形状とすることができる。
段付きの棒状部材３２は、加工し易く、製作、取付けも容易である。また、表面にリブ、節と呼ばれる凹凸の突起を設けた異形鉄筋を用いても良い。
また、拡散部材３０は前記海星状の棒状部材に限られず、単純な突起物でも良い。

図３に示すように、海星状の棒状部材３２の放射端部３５は内側に屈折しており、谷部２４への取着と固定が容易となっている。図４は、拡散部材３０が谷部２４に取着された整流部２０の中央正面図である。
また、図示してないが、海星状拡散部材３０の放射端部３５に螺子を切り、ナットを嵌合させることにより、直管２２の出口端２２ｂ付近における拡散を促進させることが可能となる。
ナットの形状は、球状、円錐状、角錐状とすることが考えられる。
以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明する。

参考例１

捏和物（ａ−１）の調製
硫酸法による酸化チタンの製造工程より得られる硫酸チタン溶液を熱加水分解してメタチタン酸スラリーを得た。このメタチタン酸スラリーを酸化チタンとして２２．５ｋｇ取り出し、還流器付撹拌槽に仕込み、これにパラタングステン酸アンモニウム２．８２ｋｇを添加混合した後、１５重量％アンモニア水３０．５ｋｇを加えてｐＨを９．５に調整した後、９５℃で１時間に亘り十分な撹拌を行いつつ加熱熟成した。その後、冷却して該スラリーを取り出し、濾過、脱水、洗浄して、ＳＯ₄が０．３ｗｔ％、Ｎａ₂Ｏが０．０１ｗｔ％の洗浄ケーキを得た。該洗浄ケーキを１１０℃で２０時間乾燥した後、これを５５０℃で５時間焼成して、ＴｉＯ₂／ＷＯ₃重量比が９０／１０の複合酸化物（ａ）を調製した。
次いで、複合酸化物（ａ）２１．２５ｋｇに、モノエタノールアミン０．８１ｋｇにメタバナジン酸アンモニウム１．６１ｋｇを溶解した溶液を加え、次いでアンモニア水を加えてこの混合スラリーのｐＨを９とし、ニーダーにて加熱混練した。さらに、水およびグラスファイバー（以下、ＧＦと略記することがある。）１．９４ｋｇと粘土０．８３ｋｇを添加し、６０分間混練して捏和物（ａ−１）を調製した。

図２に示す整流カセットを内径１０５ｍｍφの整流部２０に組み込んだ真空押出成形機（宮崎鉄工（株）製、ＦＭ−１００）を用い、これに図３に示す拡散部材３０を図４に示すように取着した上で、捏和物（ａ−１）を外径７３ｍｍ□、目開き２．２５ｍｍ、壁厚０．４５ｍｍ、長さ４５０ｍｍのハニカム状に押出成形した。
得られた成形物を６０℃で２４時間乾燥後、５００℃で３時間焼成して、重量比でＴｉＯ₂−ＷＯ₃／Ｖ₂Ｏ₅／ＧＦ／粘土が８５／５／７／３の組成をもつハニカム触媒（Ａ−１）を調製した。
ハニカム触媒（Ａ−１）の目開きは整っており、肉厚部や肉薄部は観察されなかった。また、ハニカム触媒（Ａ−１）を貫通孔と平行に中心部で切断し内部を目視観察したが、クラック（割れ）は認められなかった。

比較例１

実施例１において、拡散部材３０の取着をしなかった以外は実施例１と同様にして、ハニカム触媒（Ｂ−１）を調製した。
ハニカム触媒（Ｂ−１）を貫通孔と平行に中心部を切断し、内部を目視観察したところ、クラックは認められなかったが、隣接する直管の間に形成される谷部に対応する部分に４箇所の肉厚部が確認された。

本発明の押出成形機は、プラスチック、セラミックスの押出成形に利用することができる。また、円筒、円柱、角筒、角柱、ハニカム、その他各種形状の成形体を押出成形することができる。

本発明に係る押出成形機の要部縦断側面図である。整流部２０の実施態様を示す、正面図（図２（１））、背面図（図２（２））、正面側斜視図（図２（３））、背面側斜視図（図２（４））である。拡散部材３０を斜め上方から見た斜視図である。拡散部材３０が谷部２４に取着された整流部２０の中央正面図である。

符号の説明

１０押出成形機の要部
１１供給用スクリュー
１２供給部
１３成形ダイス
１４押出部
２０整流部
２２直管
２２ａ直管の入口端
２２ｂ直管の出口端
２４谷部
３０拡散部材
３２棒状部材
３３段
３５放射端部

Claims

供給用スクリューと成形ダイスの間に可塑性材料の流れを整えるための筒状整流部を有し、該整流部内に入口と出口を結ぶ直管群を備えて可塑性材料の流れを分割し、整流部入口において該直管群の入口端を整流部の内壁に接触させて分散配置し、かつ、整流部出口において該直管群の出口端を整流部の中心部に集合配置することにより、整流部入口において周縁部に流入する可塑性材料を整流部出口において中心部に変更し、一方、整流部入口において中心部に流入する可塑性材料を整流部出口において周縁部に変更する押出成形機において、隣接する直管同士の壁によって形成される谷部に、前記可塑性材料の流れを乱流とする拡散部材を設けたことを特徴とする押出成形機。
前記拡散部材が段付きの棒状部材からなる請求項１記載の押出成形機。
前記拡散部材が、複数の棒状部材が放射状に突出した海星状部材からなる請求項１または２記載の押出成形機。
前記直管群が、４〜１６本のいずれか複数本の直管群により前記整流部内に軸対象に形成されてなる請求項１〜３いずれか記載の押出成形機。